Glossar

1. Unternehmen & Positionierung

INTAS Science Imaging Instruments GmbH

Ein seit 1975 etablierter Anbieter von digitalen Bildgebungssystemen für Life-Science-Labore mit Sitz in Göttingen. Der Fokus liegt auf der Entwicklung und Produktion von Geräten zur Geldokumentation, Western Blot Analyse und Fluoreszenz-/Chemilumineszenz-Detektion.

„Made in Germany“

Alle Systeme werden in Deutschland entwickelt und gefertigt. Dies steht für hohe Qualität, langlebige Konstruktion und langfristige Ersatzteilverfügbarkeit.

Systemansatz

INTAS kombiniert:

• Hardware (Imager, Kameras, Lichtquellen)
• Software (Analyse & Workflow)
• Verbrauchsmaterialien (z. B. Farbstoffe)

Ziel: komplette, integrierte Imaging-Lösungen für Labore.

2. Anwendungsbereiche im Life-Science

2.1 Geldokumentation

Geldokumentation bezeichnet die Aufnahme und Analyse von Elektrophorese-Gelen. Sie ist eine der etabliertesten Methoden der Molekular- und Mikrobiologie.

Die Gelelektrophorese ist der vorangestellte Arbeitsschritt, um letztendlich ein Bild von einem Elektrophorese-Gel aufnehmen zu können. Dazu wird geschnittenes Erbgut (DNA/RNA) oder Proteine mit Hilfe von angelegter Spannung durch ein feinporiges Gel der Größe nach sortiert. Um die so entstandenen Banden von Material gleicher Größe sichtbar zu machen, werden sie mit einem Farbstoff eingefärbt. Etablierte Farbstoffe wie Ethidiumbromid oder HDGreen Plus werden mit UV-oder Blau/Grün-Licht angeregt und heben sich dann dadurch mehr oder weniger deutlich vom Gel ab.

Die Geldokumentation hat zur Aufgabe das Abbild dieser Gele festzuhalten um die Ergebnisse zu dokumentieren und dadurch eine Auswertung dieser Ergebnisse möglich zu machen (u.a. Molekülgröße und -menge).

INTAS hat Erfahrungen als führender Hersteller seit Anbeginn der Geldokumentation. Frühe Geräte nahmen die Bilder mit selbst entwickelten Polaroid Kameras auf. Seit 1986 wird das Bild mit einer Videokamera -ganz ohne Film und digital- aufgenommen. Eine genaue Software-Quantifizierung ist daher möglich.

Die Geldokumentation setzt robuste und einfach zu bedienende Geräte voraus, damit sie den Laboraltag überstehen und vom Personal leicht zu erlernen sind. INTAS setzt daher auf Vollmetall Dunkelkammern mit langlebiger Mechanik, hochwertige Objektive sowie robuste Kameras.

2.2 Western Blot Imaging mit Hilfe von Chemilumineszenz (ECL) und Fluoreszenz

Der Western Blot (oder Protein-Immunoblot) ist ein zentrales molekularbiologisches Verfahren, um spezifische Proteine in einer Probe (z.B. Gewebe oder Zellen) nachzuweisen und deren Größe zu bestimmen. Dabei werden Proteine durch Gelelektrophorese aufgetrennt, auf eine Membran übertragen (geblottet) und mittels Antikörper sichtbar gemacht. Die Detektion erfolgt durch Chemilumineszenz oder Fluoreszenz.

Chemilumineszenz

Chemilumineszenz ist der Oberbegriff für chemische Reaktionen, bei der Licht als Reaktionsergebnis abgestrahlt wird. Hierbei reagiert Luciferin mit Luciferase unter Anwesenheit von ATP und Sauerstoff. Bei dieser Oxidation kommt es zur Biolumineszenz und es wird ein schwaches Licht abgestrahlt.

Ähnlich wie bei der Geldokumentation tritt dieses Leuchten in Banden auf Gelen und Membranen auf. Da jedoch das Signal im Vergleich zum Leuchten von Ethidiumbromid um ein Vielfaches schwächer ist, werden sehr lange Belichtungszeiten benötigt.

Die von INTAS bei der Chemilumineszenz-Anlage verwendete Kamera weist daher einen extrem rauscharmen Sensor auf, der auch bei langen Belichtungszeiten keine Artefakte produziert, die eine Quantifizierung unmöglich machen können. Zudem verwendet INTAS bei der Chemilumineszenz hochöffnende und sehr lichtstarke Festbrennweiten Objektive.

Die Vorteile der Chemilumineszenz-Detektion sind:

Höchste Sensitivität: ECL-Substrate können selbst geringste Mengen an Zielprotein (low-abundance proteins) detektieren, die mit farbmetrischen Methoden oft nicht sichtbar sind.

Vielseitige Detektion: Signale sind sowohl mit traditionellem Röntgenfilm als auch mit modernen, digitalen Chemilumineszenz-Imager-Systemen kompatibel.

Etablierte Protokolle: Es handelt sich um ein bewährtes, schnelles und oft kostengünstiges Verfahren mit hoher Robustheit.

Fluoreszenz

Die Fluoreszenzdetektion beim Western Blot ist eine moderne Methode zum Nachweis von Proteinen, die sich durch direkte Markierung, hohe Quantifizierbarkeit und Multiplexing-Fähigkeiten von der klassischen Chemilumineszenz (ECL) unterscheidet. Anstelle von enzymatischen Reaktionen werden Fluorophore verwendet, die nach Anregung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge Licht einer anderen Wellenlänge emittieren. Die Vorteile der Fluoreszenzdetektion sind:

Multiplexing: Mehrere Proteine (z. B. Zielprotein und Ladekontrolle) können gleichzeitig auf derselben Membran detektiert werden, wenn Antikörper aus unterschiedlichen Wirtsspezies verwendet werden.

Präzise Quantifizierung: Fluoreszenzsignale sind direkt proportional zur Proteinkonzentration, was einen breiteren linearen Bereich für die Quantifizierung bietet.

Stabiles Signal: Im Gegensatz zur ECL bleibt das Signal über lange Zeit stabil, was Archivierung und mehrfache Messungen ermöglicht.

Kein „Stripping“: Da mehrere Targets gleichzeitig erkannt werden, entfällt oft das zeitaufwendige Ablösen (Stripping) und erneute Inkubieren (Reprobing) des Blots.

Die Analyse von Expressionsmustern mittels Chemilumineszenz und Fluoreszenz ist ein zentraler Bestandteil der modernen Proteomik und Genexpression, wobei verschiedene 1D- und 2D-Methoden zur Trennung und Detektion eingesetzt werden.

1D-Methoden (SDS-PAGE / Western Blot): Proteine werden primär nach ihrem Molekulargewicht getrennt. Die Detektion erfolgt durch antikörperbasierte Chemilumineszenz oder Fluoreszenzmarker.

2D-Methoden (2D-PAGE / 2D-DIGE): Trennung von Proteinen nach isoelektrischem Punkt (IEF) und Molekulargewicht. Fluorescence Difference Gel Electrophoresis (DIGE) ermöglicht den direkten Vergleich von Proben (Control vs. Behandelt) auf einem Gel durch unterschiedliche Fluoreszenzfarbstoffe.

3. Produktkategorien & Systeme

3.1 Geldokumentationssysteme (Gel Imaging)

Geldokumentationssystem (GelDoc)

Ein geschlossenes System zur Aufnahme hochauflösender Bilder von Gelen mit integrierter Kamera und Beleuchtung.

INTAS Systeme:

• GelMate → Preis-Leistungs-Modell
• GelStick → Testsieger
• GelJet → Allround-System

Wichtige Eigenschaften:

• flexible Lichtquellen bzw. Transilluminatoren (UV, Blau/Grün, Weißlicht)
• hochsensitive Bildgebung auch schwacher Banden
• Bildausgabe mit 12–16 Bit für hohe Graustufentiefe
• Autofokus und intuitive Bedienung

3.2 Chemilumineszenz- & Fluoreszenz-Imager

INTAS Systeme:

• ChemoStar Plus → robuste Variante
• ChemoStar Touch → High-End-Variante
• ChemoStar XL → Großfeld-Variante

Wichtige Eigenschaften:

• 9 MP wissenschaftliche CMOS-Kameras
• sehr hoher Dynamikbereich und 16-bit Bilddaten
• große Aufnahmeflächen (bis 25 × 30 cm)
• spezialisierte Fluoreszenzmodule (RGB & NIR)

Aufnahme-Modi:

• HighSensitivity → für extrem schwache Signale
• HighDynamic → für maximalen dynamischen Bereich
• Balanced → Kombination beider Eigenschaften

3.3 Transilluminatoren

Transilluminator

Ein Transilluminator ist ein essenzielles Laborgerät zur Visualisierung von DNA-, RNA- oder Proteinproben, meist nach einer Gelelektrophorese, durch Hintergrundbeleuchtung. Sie nutzen UV-, Blau- oder Weißlicht als Anregung, um fluoreszierende Farbstoffe (wie Ethidiumbromid oder sicherere Alternativen) in Agarosegelen sichtbar zu machen.

Varianten:

• UV (ultraviolettes Licht)
• Blau/Grün (sichtbares Licht welches schonender für die Probe und sicherer für die Anwender*innen ist)
• Weißlicht (für gefärbte Gele u.a. Coomassie- oder Silberfärbungen; ermöglicht die Darstellung von nicht fluoreszierenden Proben)

Vorteile Blau/Grün-Licht:

• weniger DNA-Schädigung
• sicherer für Anwender
• kompatibel mit modernen Farbstoffen (u.a. HDGreen Plus von INTAS)

3.4 Reagenzien & Zusatzprodukte für Geldokumentation und Western Blot Imaging

HDGreen Plus

Ein nicht-toxischer DNA-Farbstoff als Alternative zu Ethidiumbromid.

• hohe Sensitivität
• sichere Anwendung

Smart Protein Layers (SPL)

Patentierte Technologie zur färbungsfreien Proteinvisualisierung.

• spart Zeit
• vermeidet toxische Chemikalien
• ermöglicht exakte Quantifizierung bezogen auf das Gesamtprotein

Thermoprinter

Direkte Dokumentation von Experimenten für Laborbücher.

3.5 Digitale Slide Scanner

Pathogene Slide Scanner (auch als Digital Pathology Slide Scanner oder Objektträgerscanner bezeichnet) ist ein hochspezialisiertes medizinisches Gerät, das Glasobjektträger mit Gewebeschnitten in extrem hoher Auflösung digitalisieren kann. Slide Scanner wandeln physische Proben aus der Histopathologie in digitale Bilder um, die sogenannte Whole-Slide-Images (WSI). 

Dies ist ein zentraler Bestandteil der digitalen Pathologie und ermöglicht Pathologen, Gewebeproben an einem Monitor statt am klassischen Mikroskop zu befundenden, zu verwalten und zu archivieren. Gegenwärtige Systeme nutzen KI-gestützte Auswertungstools für eine automatisierte Analyse von Gewebebildern für schnellstmögliche Diagnosen.

3.6 Cell Analyzer

Der Countstar FL ist ein bildbasierter Fluoreszenz-Zellanalysator, der speziell für die automatisierte Zellzählung, Viabilitätsbestimmung (Lebend/Tot-Analyse) und morphologische Analysen entwickelt wurde. Er nutzt fortschrittliche Bildverarbeitungstechnologie, um präzise Daten zu liefern und menschliche Fehler bei der manuellen Zählung zu vermeiden.

3.7 Erweiterte Life-Science Begriffe

Fluorophore
Fluorophore sind Moleküle, die Licht absorbieren und bei einer anderen Wellenlänge wieder emittieren. Sie werden zur Markierung biologischer Proben verwendet.

ECL (Enhanced Chemiluminescence)
ECL ist eine verstärkte Form der Chemilumineszenz, die für besonders empfindliche Protein-Nachweise eingesetzt wird.

Multiplex Imaging
Multiplex Imaging ermöglicht die gleichzeitige Detektion mehrerer Targets in einer Probe.

Signal Amplification
Signalverstärkung erhöht die Nachweisbarkeit schwacher biologischer Signale.

4. CMOS-Kameratechnologie

4.1 Definition

Ein CMOS-Bildsensor (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) ist ein Halbleiterchip, der einfallendes Licht in digitale Bildsignale umwandelt, indem er Fotodioden und Verstärkerschaltungen direkt auf dem Sensor integriert. Jeder Pixel verfügt über eigene Transistoren zur Ladungswandlung und Verstärkung, was ein schnelles, flexibles Auslesen ermöglicht. Weitere Vorteile sind der geringe Stromverbrauch und die hohen Auflösungen.

4.2 Bedeutung im Life-Science-Imaging

CMOS-Kameras sind entscheidend für:

• hohe Sensitivität → Erkennung schwacher Signale (z. B. Western Blots)
• großer Dynamikbereich → Quantitative Messungen über mehrere Größenordnungen
• schnelle Auslesung → Echtzeit-Bildgebung möglich
• geringes Rauschen → bessere Signalqualität

INTAS verwendet wissenschaftliche CMOS-Kameras („scientific grade“) für maximale Präzision.

Die von INTAS eingesetzten digitalen Kameras scheinen nur auf den ersten Blick nicht mit den aktuellen Consumer-Digitalkameras mithalten zu können. Die für die Forschung tauglichen wissenschaftlichen Kameras, wie INTAS sie einsetzt, müssen und können nicht viel Megapixel aufweisen.

Anders als bei Consumer-Digitalkameras ist nicht höchste Auflösung gefragt, sondern Sensitivität und ein sehr geringes Rauschen des verwendeten CMOS-Sensors.

Je größer die Sensitivität des Sensors und damit der Kamera, desto eher können feinste Unterschiede zwischen zwei dem menschlichen Auge ähnlichen Farb- oder Graustufen digital unterschieden werden. Sensitivität wird in Bit angegeben, INTAS verwendet daher 12 und 16 Bit Kameras (Consumer-Kameras: 8 Bit). Diese feinen Unterschiede zu erkennen ist für eine Quantifizierung der Daten (z.B. aus der Geldokumentation) zwingend erforderlich.

Hochsensitiven wissenschaftliche Kameras kommen mit weniger Pixeln aus als Consumer-Kameras. Die verwendeten Sensoren sind von der Fläche größer und haben gleichzeitig weniger Pixel. Ein wissenschaftlicher Sensor hat z.B. eine Größe von 2/3″ und 800.000 Pixel, Consumer-Kameras oft 1/4″ oder kleiner und 8.000.000 Pixel. Ein Pixel einer solchen wissenschaftlichen Kamera erfasst also rund 27 mal mehr Licht als der Chip einer Consumer-Kamera.

Die Sensoren in den Kameras lösen Ströme aus, wenn sie von Licht getroffen werden. So entsteht aus Photonen ein digitales Bild. Die einzelnen Pixel eines Sensors können aber auch willkürlich auslösen (ohne Lichteinfall) und so das Bild und die Daten verfälschen. Diese Falschinformationen (Artefakte) im Bild nennt man digitales Rauschen. Je länger die Belichtungszeit, desto mehr zufällige Auslösungen kann es geben und desto stärker ist das Rauschen. Auch die Pixelgröße hat einen starken Einfluss auf das Bildrauschen. Große Pixel rauschen viel weniger als kleine. Gerade bei der Chemilumineszenz sind lange Belichtungszeiten notwendig und verlangen darauf optimierte Kameras. INTAS bietet daher Kameras an die 12 Stunden belichten können (Consumer Kameras in der Regel nur wenige Sekunden).

Die von INTAS verwendeten digitalen Kameras weisen alle ein geringes Rauschen auf. Zum einen, weil die Sensoren besonders selektiert werden, zum anderen, weil die einzelnen Pixel um ein Vielfaches größer sind als bei Consumer-Kameras.

4.3 Wichtige Leistungsparameter

Auflösung (Megapixel)
Bestimmt Detailgenauigkeit (z. B. 5 MP vs. 9 MP).

Bit-Tiefe (12/16 Bit)
Die Bit-Tiefe bestimmt die Anzahl der darstellbaren Graustufen. Eine höhere Bit-Tiefe ermöglicht eine feinere Abstufung von Signalintensitäten.

Dynamikbereich
Erlaubt gleichzeitige Darstellung schwacher und starker Signale.

Quanteneffizienz (QE)
Maß für Lichtausbeute → entscheidend für Sensitivität.

Rauschverhalten
Niedriges Rauschen ist essenziell für präzise Messungen schwacher Signale.

4.4 Wichtige Fachbegriffe

Quanten-Effizienz (QE)
Die Quanteneffizienz beschreibt, wie effizient ein Sensor einfallende Photonen in elektrische Signale umwandelt. Ein hoher QE-Wert ist entscheidend für die Detektion schwacher Signale.

Binning
Mehrere benachbarte Pixel (z. B. 2×2, 3×3 oder 4×4) werden zu einem einzigen Pixel zusammengefasst. Dies führt zu einer höheren Lichtempfindlichkeit und einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis. Die Bildauflösung wird jedoch reduziert. Lichtschwache Objekte können somit schneller abgebildet werden.

Full Well Capacity
Die Full Well Capacity (FWC), auf Deutsch oft „maximale Pixelspeicherkapazität“ genannt, bezeichnet die höchste Anzahl an Elektronen, die ein einzelnes Pixel eines Bildsensors aufnehmen kann, bevor es gesättigt ist. Sie bestimmt maßgeblich den Dynamikumfang und die Fähigkeit der Kamera, helle Bildbereiche ohne Überbelichtung (Clipping) darzustellen.

Dynamischer Bereich
Er definiert die Fähigkeit eines Sensors, sowohl sehr helle als auch sehr dunkle Bereiche in einer Aufnahme gleichzeitig zu differenzieren, ohne dass Details verloren gehen.

Belichtungszeit
Sie bestimmt, wie lange Licht auf den Bildsensor trifft. Die richtige Einstellung ist entscheidend für die Signalintensität. Der dynamische Bereich definiert die maximale Signalintensität bevor das Signal in Sättigung ist. Die Belichtungszeit kann automatisch über einen Prescan im 4×4 Binning oder manuell eingestellt werden.

Dunkelstrom
Der Dunkelstrom ist ein unerwünschtes elektrisches Signal, das auch ohne Lichteinfall entsteht. Er beeinflusst die Bildqualität insbesondere bei langen Belichtungszeiten.

Peltier-Kühlung
Eine Peltier-Kühlung in Kameras ist eine aktive, elektronische Kühlung mittels Halbleiterelementen (TEC), die den Bildsensor weit unter Umgebungstemperatur abkühlt. Dies reduziert das thermische Bildrauschen (Dunkelstrom) drastisch. Für Langzeitbelichtungen (oft bei Chemilumineszenz) ist dies entscheidend, da kühlere Sensoren ein saubereres, rauschärmeres Bild liefern und somit die Bildqualität verbessern.

Signal-Rausch-Verhältnis
Das Signal-Rausch-Verhältnis beschreibt das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Hintergrundrauschen. Ein hohes Verhältnis ermöglicht eine bessere Detektion schwacher Signale.

Hintergrundkorrektur
Die Hintergrundkorrektur entfernt störende Signale aus einem Bild. Sie verbessert die Genauigkeit der quantitativen Auswertung.

ROI (Region of Interest)
Eine Region of Interest (ROI) ist ein definierter Bildbereich, der gezielt analysiert wird.

Bildquantifizierung
Bildquantifizierung beschreibt die Messung von Signalintensitäten in wissenschaftlichen Bildern. Sie ermöglicht reproduzierbare Vergleiche von Proben.

Reproduzierbarkeit
Reproduzierbarkeit beschreibt die Fähigkeit, Ergebnisse unter gleichen Bedingungen erneut zu erzielen. Sie ist ein zentraler Faktor in der wissenschaftlichen Forschung.

Datenintegrität
Datenintegrität stellt sicher, dass Daten vollständig, korrekt und unverändert bleiben. Sie ist essenziell für valide wissenschaftliche Ergebnisse.

5. Optik & Beleuchtung

Wichtige Fachbegriffe

Optische Dichte (OD)
Die optische Dichte beschreibt die Absorption von Licht durch eine Probe. Sie wird häufig zur Quantifizierung von Proteinen oder Nukleinsäuren verwendet.

Emissionsspektrum
Das Emissionsspektrum beschreibt die Wellenlängen des von einer fluoreszierenden Probe emittierten Lichts. Es ist entscheidend für die Auswahl geeigneter Filter.

Anregungswellenlänge
Die Anregungswellenlänge ist die Lichtwellenlänge, die benötigt wird, um eine fluoreszierende Probe zur Emission anzuregen.

Filtersätze
Filtersätze bestehen aus Anregungs-, Emissions- und Dichroitfiltern und ermöglichen die selektive Detektion bestimmter Fluorophore.

Lichtstarke Objektive (z. B. f/0.95)
Erhöhen Lichtausbeute → entscheidend für schwache Signale (essentiell für Chemilumineszenz-Detektion)

LED-Anregungsmodule

• Blau
• Grün
• Rot
• NIR

→ ermöglichen gezielte Fluoreszenzanalysen

Filtertechnologie
Selektiert spezifische Wellenlängen für präzise Signaldetektion.

6. Software & Datenanalyse

Wichtige Fachbegriffe

Normalisierung
Normalisierung ist ein Verfahren zur Anpassung von Messwerten, um vergleichbare Ergebnisse zwischen Proben zu erzielen.

Linearer Bereich
Der lineare Bereich beschreibt den Bereich, in dem Signalintensität und Konzentration proportional zueinander sind. Er ist entscheidend für quantitative Analysen.

Sättigung
Sättigung tritt auf, wenn ein Signal die maximale Detektionskapazität eines Sensors überschreitet.
Dies führt zu Informationsverlust.

Kalibrierung
Kalibrierung ist der Prozess zur Anpassung eines Systems, um genaue und reproduzierbare Messergebnisse zu gewährleisten.

Quantitatives Imaging
Quantitatives Imaging ermöglicht die exakte Messung biologischer Signale aus Bilddaten. Es ist ein zentraler Bestandteil moderner Life-Science-Analysen.

Bildaufnahme-Software

• automatische und manuelle Steuerung
• Workflow-basierte Bedienung
• ROI-Analyse (Region of Interest)
• Autofokus

Bildverarbeitung

• Falschfarben-Darstellung
• Markerüberlagerung
• Multiplexing
• Exportfunktionen (Rohdatei, kontrastoptimierte Bilddatei sowie PDF-Report)

Bildauswertung (qualitativ und quantitativ)

• Hintergrundkorrektur
• Bandendetektion
• Volumenmessung
• Spur-Analyse

7. Workflow im Labor

Typischer Ablauf:

1. Probenvorbereitung (DNA, RNA, Protein)
2. Elektrophorese
3. Anregung durch Transilluminator
4. Aufnahme durch CMOS-Kamera
5. Analyse und Quantifizierung in Software
6. Dokumentation (z. B. Thermoprinter)

8. Besondere Stärken der INTAS-Systeme

• höchste Sensitivität bei schwachen Signalen
• modulare Erweiterbarkeit (u.a. Fluoreszenz, UV, Blue/Green)
• benutzerfreundliche Bedienung (Touchscreen, Software)
• langlebige, robuste Bauweise
• Komplettlösungen inkl. Reagenzien und Zubehör

Zusammenfassung

Das Produkt- und Technologieportfolio der INTAS Science Imaging Instruments GmbH ermöglicht eine präzise, reproduzierbare und hochsensitive Bildgebung im Life-Science-Bereich. Die gesamte digitale Bildgebungskette im Life-Science-Bereich wird abgedeckt – von der Probenanregung über hochsensitive CMOS-Kameras bis zur quantitativen Analyse.

Insbesondere die Kombination aus:

• moderner CMOS-Kameratechnologie,
• flexibler Beleuchtung,
• leistungsfähiger Software

macht die Systeme zu einer kompletten Lösung für Forschung, Diagnostik und Qualitätskontrolle.